Šūna ir visu dzīvo būtņu pamatvienība, tāpēc tai piemīt visas dzīvo organismu īpašības: augsti sakārtota struktūra, kas saņem enerģiju no ārpuses un izmanto to darbam un kārtības uzturēšanai, vielmaiņu, aktīvu reakciju. bioloģiskās informācijas stimulēšanai, augšanai, attīstībai, pavairošanai, pavairošanai un nodošanai pēcnācējiem, reģenerācijai (bojāto struktūru atjaunošanai), pielāgošanai videi.

Vidū vācu zinātnieks T. Švans izveidoja šūnu teoriju, kuras galvenie noteikumi norādīja, ka visi audi un orgāni sastāv no šūnām; augu un dzīvnieku šūnas pēc būtības ir līdzīgas viena otrai, tās visas rodas vienādi; organismu aktivitāte ir atsevišķu šūnu dzīvības aktivitātes summa. Lielajam vācu zinātniekam R. Virchovam bija liela ietekme uz šūnu teorijas tālāko attīstību un kopumā uz šūnas teoriju. Viņš ne tikai apkopoja visus daudzos atšķirīgos faktus, bet arī pārliecinoši parādīja, ka šūnas ir nemainīga struktūra un rodas tikai reprodukcijas ceļā.

Šūnu teorija mūsdienu interpretācijā ietver šādus galvenos noteikumus: šūna ir universāla dzīvu elementāra vienība; visu organismu šūnas pēc savas struktūras, funkcijas un ķīmiskā sastāva ir līdzīgas; šūnas vairojas tikai dalot sākotnējo šūnu; daudzšūnu organismi ir sarežģīti šūnu komplekti, kas veido neatņemamas sistēmas.

Pateicoties mūsdienu pētījumu metodēm, divi galvenie šūnu veidi: sarežģītāk organizētas, ļoti diferencētas eikariotu šūnas (augi, dzīvnieki un daži vienšūņi, aļģes, sēnītes un ķērpji) un mazāk sarežģīti organizētas prokariotu šūnas (zilaļģes, aktinomicetes, baktērijas, spirochetes, mikoplazmas, riketsijas, hlamīdijas).

Atšķirībā no prokariotu šūnas, eikariotu šūnā ir kodols, ko ierobežo dubultā kodola membrāna un liels skaits membrānas organellu.

UZMANĪBU!

Šūna ir galvenā dzīvo organismu strukturālā un funkcionālā vienība, kas veic augšanu, attīstību, vielmaiņu un enerģiju, uzglabā, apstrādā un realizē ģenētisko informāciju. No morfoloģijas viedokļa šūna ir sarežģīta biopolimēru sistēma, ko no ārējās vides atdala plazmas membrāna (plazmolemma) un kas sastāv no kodola un citoplazmas, kurā atrodas organoīdi un ieslēgumi (granulas).

Kādas šūnas tur ir?

Šūnas ir dažādas pēc formas, struktūras, ķīmiskā sastāva un vielmaiņas rakstura.

Visas šūnas ir homoloģiskas, t.i. ir vairākas kopīgas strukturālas iezīmes, no kurām atkarīga pamatfunkciju izpilde. Šūnas raksturo struktūras, metabolisma (metabolisma) un ķīmiskā sastāva vienotība.

Tajā pašā laikā dažādām šūnām ir arī specifiskas struktūras. Tas ir saistīts ar to īpašo funkciju veikšanu.

Šūnu struktūra

Ultramikroskopiskā šūnu struktūra:

1 - citolemma (plazmas membrāna); 2 - pinocītiskie pūslīši; 3 - centrosomu šūnu centrs (citocentrs); 4 - hialoplazma; 5 - endoplazmatiskais tīkls: a - granulētā retikuluma membrāna; b - ribosomas; 6 - perinukleārās telpas savienojums ar endoplazmatiskā retikuluma dobumiem; 7 - kodols; 8 - kodola poras; 9 - negraudains (gluds) endoplazmatiskais tīkls; 10 - kodols; 11 - iekšējo acu aparāts (Golgi komplekss); 12 - sekrēcijas vakuoli; 13 - mitohondrijs; 14 - liposomas; 15 - trīs secīgas fagocitozes stadijas; 16 - šūnu membrānas (citolemmas) savienojums ar endoplazmatiskā retikuluma membrānām.

Šūnu ķīmija

Šūnā ir vairāk nekā 100 ķīmisko elementu, četri no tiem veido aptuveni 98%masas, tie ir organogēni: skābeklis (65-75%), ogleklis (15-18%), ūdeņradis (8-10%) un slāpeklis (1, 5-3,0%). Pārējie elementi ir sadalīti trīs grupās: makroelementi - to saturs organismā pārsniedz 0,01%); mikroelementi (0,00001-0,01%) un ultramikroelementi (mazāk nekā 0,00001).

Makroelementi ietver sēru, fosforu, hloru, kāliju, nātriju, magniju, kalciju.

Mikroelementiem - ir dzelzs, cinks, varš, jods, fluors, alumīnijs, varš, mangāns, kobalts utt.

Ultramikroelementi - selēns, vanādijs, silīcijs, niķelis, litijs, sudrabs un vairāk. Neskatoties uz ļoti zemo saturu, mikroelementiem un īpaši mikroelementiem ir ļoti svarīga loma. Tie galvenokārt ietekmē vielmaiņu. Bez tiem nav iespējama normāla katras šūnas un organisma darbība kopumā.

Šūna sastāv no neorganiskām un organiskām vielām. Starp neorganiskajiem lielākais ūdens daudzums. Relatīvais ūdens daudzums būrī ir no 70 līdz 80%. Ūdens ir universāls šķīdinātājs, tajā notiek visas bioķīmiskās reakcijas šūnā. Piedaloties ūdenim, tiek veikta siltuma regulēšana. Vielas, kas izšķīst ūdenī (sāļi, bāzes, skābes, olbaltumvielas, ogļhidrāti, spirti utt.), Sauc par hidrofilām. Hidrofobās vielas (tauki un taukiem līdzīgas) nešķīst ūdenī. Citas neorganiskās vielas (sāļi, skābes, bāzes, pozitīvie un negatīvie joni) ir robežās no 1,0 līdz 1,5%.

Starp organiskajām vielām pārsvarā ir olbaltumvielas (10–20%), tauki vai lipīdi (1–5%), ogļhidrāti (0,2–2,0%), nukleīnskābes (1–2%). Vielas ar zemu molekulmasu nepārsniedz 0,5%.

Olbaltumvielu molekula ir polimērs, kas sastāv no daudzām monomēru vienībām, kas atkārtojas. Aminoskābju proteīnu monomēri (20 no tiem) ir savstarpēji savienoti ar peptīdu saitēm, veidojot polipeptīdu ķēdi (primārā proteīna struktūra). Tas savijas spirālē, veidojot olbaltumvielu sekundāro struktūru. Sakarā ar noteiktu polipeptīdu ķēdes telpisko orientāciju rodas proteīna terciārā struktūra, kas nosaka proteīna molekulas specifiku un bioloģisko aktivitāti. Vairākas terciārās struktūras apvienojas savā starpā, veidojot kvartāra struktūru.

Olbaltumvielas veic svarīgas funkcijas. Fermenti - bioloģiski katalizatori, kas simtiem tūkstošu reižu palielina šūnu ķīmisko reakciju ātrumu, ir olbaltumvielas. Olbaltumvielas, kas ir visu šūnu struktūru sastāvdaļa, veic plastmasas (celtniecības) funkciju. Olbaltumvielas arī veic šūnu kustības. Tie nodrošina vielu transportēšanu šūnā, no šūnas un šūnas iekšienē. Svarīga ir proteīnu (antivielu) aizsargfunkcija. Olbaltumvielas ir viens no enerģijas avotiem.Ogļhidrātus iedala monosaharīdos un polisaharīdos. Pēdējie ir veidoti no monosaharīdiem, kas, tāpat kā aminoskābes, ir monomēri. Starp šūnas monosaharīdiem vissvarīgākie ir glikoze, fruktoze (satur sešus oglekļa atomus) un pentoze (pieci oglekļa atomi). Pentozes ir daļa no nukleīnskābēm. Monosaharīdi viegli šķīst ūdenī. Polisaharīdi slikti šķīst ūdenī (glikogēns dzīvnieku šūnās, ciete un celuloze augu šūnās. Ogļhidrāti ir enerģijas avots, kompleksie ogļhidrāti kopā ar olbaltumvielām (glikoproteīniem), taukiem (glikolipīdiem), piedalās šūnu virsmu veidošanā un šūnu mijiedarbībā .

Lipīdi ietver taukus un taukiem līdzīgas vielas. Tauku molekulas ir veidotas no glicerīna un taukskābēm. Taukiem līdzīgās vielās ietilpst holesterīns, daži hormoni, lecitīns. Lipīdi, kas ir šūnu membrānu galvenā sastāvdaļa, tādējādi veic celtniecības funkciju. Lipīdi ir vissvarīgākie enerģijas avoti. Tātad, ja pilnībā oksidējoties 1 g olbaltumvielu vai ogļhidrātu, izdalās 17,6 kJ enerģijas, tad ar 1 g tauku pilnīgu oksidēšanos - 38,9 kJ. Lipīdi regulē termoregulāciju, aizsargā orgānus (tauku kapsulas).

DNS un RNS

Nukleīnskābes ir polimēru molekulas, ko veido nukleotīdu monomēri. Nukleotīds sastāv no purīna vai pirimidīna bāzes, cukura (pentozes) un fosforskābes atlikuma. Visās šūnās ir divu veidu nukleīnskābes: dezoksiribonulīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābe (RNS), kas atšķiras pēc bāzu un cukuru sastāva.

Nukleīnskābju telpiskā struktūra:

(saskaņā ar B. Alberts et al., ar grozījumiem) I - RNS; II - DNS; lentes - cukura -fosfāta mugurkauls; A, C, G, T, U - slāpekļa bāzes, režģi starp tiem - ūdeņraža saites.

DNS molekula

DNS molekula sastāv no divām polinukleotīdu ķēdēm, kas savītas viena otrai dubultās spirāles formā. Abu ķēžu slāpekļa bāzes ir savstarpēji savienotas ar komplementārām ūdeņraža saitēm. Adenīns apvienojas tikai ar timīnu, bet citozīns - ar guanīnu (A - T, G - C). DNS satur ģenētisku informāciju, kas nosaka šūnas sintezēto proteīnu specifiku, tas ir, aminoskābju secību polipeptīdu ķēdē. DNS pārmanto visas šūnas īpašības. DNS atrodas kodolā un mitohondrijās.

RNS molekula

RNS molekulu veido viena polinukleotīdu ķēde. Šūnās ir trīs veidu RNS. Informatīvā jeb kurjera RNS tRNS (no angļu vēstneses - "starpnieks"), kas pārnes informāciju par DNS nukleotīdu secību ribosomās (skatīt zemāk). Transporta RNS (tRNS), kas pārnes aminoskābes uz ribosomu. Ribosomu RNS (rRNS), kas ir iesaistīta ribosomu veidošanā. RNS atrodas kodolā, ribosomās, citoplazmā, mitohondrijos, hloroplastos.

Nukleīnskābes sastāvs.

Šūna

No dzīvo sistēmu koncepcijas viedokļa pēc A. Lēnindžera.

Dzīva šūna ir organisko molekulu izotermiska sistēma, kas spēj pašregulēties un pašreproduktēties, iegūstot enerģiju un resursus no vides.

Šūnā notiek liels skaits secīgu reakciju, kuru ātrumu regulē pati šūna.

Šūna saglabā sevi stacionārā dinamiskā stāvoklī, tālu no līdzsvara ar vidi.

Šūnas darbojas saskaņā ar komponentu un procesu minimālā patēriņa principu.

Tas. šūna ir elementāra dzīva atvērta sistēma, kas spēj patstāvīgi pastāvēt, vairoties un attīstīties. Tā ir visu dzīvo organismu elementāra strukturāla un funkcionāla vienība.

Šūnu ķīmiskais sastāvs.

No 110 Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementiem 86 ir pastāvīgi atrodami cilvēka ķermenī. 25 no tiem ir nepieciešami normālai dzīvei, un 18 no tiem ir absolūti nepieciešami, un 7 ir noderīgi. Saskaņā ar procentuālo daudzumu šūnā ķīmiskos elementus iedala trīs grupās:

Makroelementi Galvenie elementi (organogēni) ir ūdeņradis, ogleklis, skābeklis, slāpeklis. Koncentrācija: 98 - 99,9%. Tie ir šūnas organisko savienojumu universālie komponenti.

Mikroelementi - nātrijs, magnijs, fosfors, sērs, hlors, kālijs, kalcijs, dzelzs. To koncentrācija ir 0,1%.

Ultramikroelementi - bors, silīcijs, vanādijs, mangāns, kobalts, varš, cinks, molibdēns, selēns, jods, broms, fluors. Tie ietekmē vielmaiņu. To trūkums ir slimību cēlonis (cinks - cukura diabēts, jods - endēmisks goiter, dzelzs - postoša anēmija utt.).

Mūsdienu medicīna zina faktus par vitamīnu un minerālvielu negatīvo mijiedarbību:

Cinks samazina vara uzsūkšanos un konkurē par absorbciju ar dzelzi un kalciju; (un cinka trūkums izraisa imūnsistēmas pavājināšanos, vairākus patoloģiskus apstākļus no iekšējās sekrēcijas dziedzeru puses).

Kalcijs un dzelzs samazina mangāna uzsūkšanos;

E vitamīns ir slikti apvienots ar dzelzi, bet C vitamīns - ar B grupas vitamīniem.

Pozitīva savstarpēja ietekme:

E vitamīns un selēns, kā arī kalcijs un K vitamīns darbojas sinerģiski;

D vitamīns ir nepieciešams kalcija uzsūkšanai;

Varš veicina uzsūkšanos un palielina dzelzs izmantošanas efektivitāti organismā.

Šūnas neorganiskie komponenti.

Ūdens- svarīgākā šūnas sastāvdaļa, dzīvās vielas universālā izkliedes vide. Sauszemes organismu aktīvās šūnas ir 60 - 95% ūdens. Atpūtas šūnās un audos (sēklās, sporās) ūdens ir 10 - 20%. Ūdens šūnā ir divos veidos - brīvs un saistīts ar šūnu koloīdiem. Brīvais ūdens ir protoplazmas koloidālās sistēmas šķīdinātājs un dispersijas līdzeklis. Tās 95%. Saistītais ūdens (4–5%) no visu šūnu ūdens veido trauslas ūdeņraža un hidroksilsaites ar olbaltumvielām.

Ūdens īpašības:

Ūdens ir dabisks minerālu jonu un citu vielu šķīdinātājs.

Ūdens ir protoplazmas koloidālās sistēmas izkliedētā fāze.

Ūdens ir līdzeklis šūnu metabolisma reakcijām, jo fizioloģiskie procesi notiek tikai ūdens vidē. Nodrošina hidrolīzes, hidratācijas, pietūkuma reakcijas.

Piedalās daudzās šūnas fermentatīvajās reakcijās un veidojas vielmaiņas procesā.

Ūdens ir ūdeņraža jonu avots fotosintēzes laikā augos.

Ūdens bioloģiskā nozīme:

Lielākā daļa bioķīmisko reakciju notiek tikai ūdens šķīdumā; daudzas vielas nonāk un tiek izvadītas no šūnām izšķīdinātā veidā. Tas raksturo ūdens transportēšanas funkciju.

Ūdens nodrošina hidrolīzes reakcijas - olbaltumvielu, tauku, ogļhidrātu sadalīšanos ūdens ietekmē.

Pateicoties lielajam iztvaikošanas siltumam, ķermenis tiek atdzesēts. Piemēram, svīšana cilvēkiem vai transpirācija augos.

Augstā ūdens siltuma jauda un siltumvadītspēja veicina vienmērīgu siltuma sadali šūnā.

Pateicoties saķeres spēkiem (ūdens - augsne) un kohēzijai (ūdens - ūdens), ūdenim piemīt kapilāra īpašība.

Ūdens nesaspiežamība nosaka šūnu sienu (turgora) stresa stāvokli, hidrostatisko skeletu apaļajos tārpos.

Šūna- elementāra dzīvības vienība uz Zemes. Tam ir visas dzīvā organisma īpašības: tas aug, vairojas, apmainās ar vielām un enerģiju ar vidi un reaģē uz ārējiem stimuliem. Bioloģiskās evolūcijas sākums ir saistīts ar šūnu dzīvības formu parādīšanos uz Zemes. Vienšūnas organismi ir šūnas, kas pastāv atsevišķi viena no otras. Visu daudzšūnu organismu - dzīvnieku un augu - ķermenis ir veidots no vairāk vai mazāk šūnām, kas ir sava veida celtniecības bloki, kas veido sarežģītu organismu. Neatkarīgi no tā, vai šūna ir neatņemama dzīvā sistēma - atsevišķs organisms vai tikai tā daļa, tā ir apveltīta ar visām šūnām kopīgu pazīmju un īpašību kopumu.

Šūnu ķīmija

Šūnās tika atrasti aptuveni 60 Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementi, kas atrodami nedzīvajā dabā. Tas ir viens no dzīvās un nedzīvās dabas kopīguma pierādījumiem. Dzīvos organismos visbiežāk ūdeņradis, skābekli, ogleklis un slāpeklis, kas veido aptuveni 98% no šūnu masas. Tas ir saistīts ar ūdeņraža, skābekļa, oglekļa un slāpekļa ķīmisko īpašību īpatnībām, kā rezultātā tie izrādījās vispiemērotākie tādu molekulu veidošanai, kas veic bioloģiskas funkcijas. Šie četri elementi spēj veidot ļoti spēcīgas kovalentās saites, savienojot pārus ar diviem atomiem. Kovalenti saistītie oglekļa atomi var veidot neskaitāmu dažādu organisko molekulu ietvarus. Tā kā oglekļa atomi viegli veido kovalentas saites ar skābekli, ūdeņradi, slāpekli un arī ar sēru, organiskās molekulas sasniedz ārkārtīgu sarežģītību un strukturālo daudzveidību.

Papildus četriem galvenajiem elementiem šūna pamanāmā daudzumā (10. un 100. procenta daļa) satur dzelzs, kālijs, nātrijs, kalcijs, magnijs, hlors, fosfors un sērs... Visi pārējie elementi ( cinks, varš, jods, fluors, kobalts, mangāns un citi) atrodas šūnā ļoti mazos daudzumos, un tāpēc tos sauc par mikroelementiem.

Ķīmiskie elementi ir daļa no neorganiskiem un organiskiem savienojumiem. Neorganiskie savienojumi ietver ūdeni, minerālsāļus, oglekļa dioksīdu, skābes un bāzes. Organiskie savienojumi ir olbaltumvielas, nukleīnskābes, ogļhidrāti, tauki(lipīdi) un lipoīdi.

Dažas olbaltumvielas satur sērs... Neatņemama nukleīnskābju sastāvdaļa ir fosfors... Hemoglobīna molekulā ietilpst dzelzs, magnijs piedalās molekulas veidošanā hlorofils... Mikroelementiem, neskatoties uz ārkārtīgi zemo saturu dzīvajos organismos, ir svarīga loma dzīvībai svarīgos procesos. Jods vairogdziedzera hormona daļa - tiroksīns, kobalts- B 12 vitamīna sastāvā ir aizkuņģa dziedzera saliņu daļas hormons - insulīns cinks... Dažās zivīs varš ieņem dzelzs vietu skābekļa saturošajās pigmenta molekulās.

Neorganiskās vielas

Ūdens

H 2 O ir visizplatītākais savienojums dzīvajos organismos. Tā saturs dažādās šūnās ir diezgan atšķirīgs: no 10% zobu emaljā līdz 98% medūzas ķermenī, bet vidēji tas ir aptuveni 80% no ķermeņa svara. Ūdens ārkārtīgi svarīgā loma svarīgu procesu nodrošināšanā ir saistīta ar tā fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Molekulu polaritāte un spēja veidot ūdeņraža saites padara ūdeni par labu šķīdinātāju daudzām vielām. Lielākā daļa ķīmisko reakciju, kas notiek šūnā, var notikt tikai ūdens šķīdumā. Ūdens ir iesaistīts arī daudzās ķīmiskās pārvērtībās.

Kopējais ūdeņraža saišu skaits starp ūdens molekulām mainās atkarībā no t °. Pēc t ° ledus kušana iznīcina apmēram 15% ūdeņraža saišu, t ° 40 ° C temperatūrā - pusi. Dodoties gāzveida stāvoklī, visas ūdeņraža saites tiek iznīcinātas. Tas izskaidro ūdens lielo īpatnējo siltuma jaudu. Mainoties ārējās vides temperatūrai, ūdens pārņem vai atbrīvo siltumu pārrāvuma vai jaunu ūdeņraža saišu veidošanās dēļ. Tādā veidā temperatūras svārstības šūnas iekšienē ir mazākas nekā vidē. Augsts iztvaikošanas siltums ir pamats efektīvam siltuma pārneses mehānismam augos un dzīvniekos.

Ūdens kā šķīdinātājs piedalās osmozes parādībās, kurām ir svarīga loma ķermeņa šūnu dzīvībai svarīgajā darbībā. Osmoze ir šķīdinātāja molekulu iekļūšana caur puscaurlaidīgu membrānu vielas šķīdumā. Daļēji caurlaidīgas membrānas ir tās, kas ļauj šķīdinātāja molekulām iziet cauri, bet neļauj izplūst izšķīdušās vielas molekulām (vai joniem). Līdz ar to osmoze ir vienvirziena ūdens molekulu difūzija šķīduma virzienā.

Minerālsāļi

Lielākā daļa neorganisko in-in šūnu ir sāļu veidā disociētā vai cietā stāvoklī. Katjonu un anjonu koncentrācija šūnā un tās vidē nav vienāda. Šūna satur diezgan daudz K un daudz Na. Ārpusšūnu vidē, piemēram, asins plazmā, jūras ūdenī, gluži pretēji, ir daudz nātrija un maz kālija. Šūnas uzbudināmība ir atkarīga no Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ jonu koncentrācijas attiecības. Daudzšūnu dzīvnieku audos K ​​ir daudzšūnu vielas sastāvdaļa, kas nodrošina šūnu kohēziju un to sakārtoto izvietojumu. Osmotiskais spiediens šūnā un tā buferizācijas īpašības lielā mērā ir atkarīgas no sāļu koncentrācijas. Buferizācija ir šūnas spēja uzturēt tās satura nedaudz sārmainu reakciju nemainīgā līmenī. Buferizāciju šūnas iekšpusē nodrošina galvenokārt H 2 PO 4 un HPO 4 2- joni. Ārpusšūnu šķidrumos un asinīs H 2 CO 3 un HCO 3 - spēlē buferšķīdumu. Anjoni saista H jonus un hidroksīda jonus (OH -), kā rezultātā reakcija ārpusšūnu šķidrumu šūnā praktiski nemainās. Nešķīstošie minerālsāļi (piemēram, kalcija fosfāts) stiprina mugurkaulnieku un gliemju čaumalu kaulu audus.

Šūnu organiskā viela

Olbaltumvielas

Starp šūnas organiskajām vielām olbaltumvielas ir pirmajā vietā gan pēc daudzuma (10 - 12% no šūnas kopējās masas), gan pēc vērtības. Olbaltumvielas ir augstas molekulmasas polimēri (ar molekulmasu no 6000 līdz 1 miljonam un vairāk), kuru monomēri ir aminoskābes. Dzīvie organismi izmanto 20 aminoskābes, lai gan ir daudz vairāk. Jebkura aminoskābe satur aminogrupu (-NH2), kurai ir pamata īpašības, un karboksilgrupu (-COOH), kurai ir skābes īpašības. Divas aminoskābes tiek apvienotas vienā molekulā, izveidojot HN-CO saiti, atbrīvojot ūdens molekulu. Saiti starp vienas aminoskābes aminogrupu un citas karboksilgrupu sauc par peptīdu saiti. Olbaltumvielas ir polipeptīdi, kas satur desmitiem vai simtiem aminoskābju. Dažādu proteīnu molekulas atšķiras viena no otras ar molekulmasu, skaitu, aminoskābju sastāvu un to izvietojuma secību polipeptīdu ķēdē. Tāpēc ir saprotams, ka olbaltumvielas ir ļoti dažādas, un to skaits visu veidu dzīvajos organismos tiek lēsts 10 10 - 10 12.

Aminoskābju saišu ķēdi, kas noteiktā secībā savienotas ar kovalentām peptīdu saitēm, sauc par proteīna primāro struktūru. Šūnās olbaltumvielas ir spirāli savītas šķiedras vai bumbiņas (lodītes). Tas ir saistīts ar faktu, ka dabīgā proteīnā polipeptīda ķēde ir izveidota stingri noteiktā veidā, atkarībā no tā sastāvā esošo aminoskābju ķīmiskās struktūras.

Sākotnēji polipeptīdu ķēdes spoles. Piesaiste rodas starp blakus esošo cilpu atomiem un veidojas ūdeņraža saites, jo īpaši starp NH- un CO- grupām, kas atrodas blakus esošajās cilpās. Aminoskābju ķēde, savīti spirālē, veido proteīna sekundāro struktūru. Tālākas spirāles locīšanas rezultātā rodas katram proteīnam raksturīga konfigurācija, ko sauc par terciāro struktūru. Terciārā struktūra ir saistīta ar kohēzijas spēku iedarbību starp hidrofobiem radikāļiem, kas atrodas dažās aminoskābēs, un kovalentajām saitēm starp aminoskābju cisteīna SH grupām (S saites). Aminoskābju skaits, ko veido hidrofobie radikāļi un cisteīns, kā arī to izvietojuma secība polipeptīdu ķēdē ir specifisks katram proteīnam. Līdz ar to proteīna terciārās struktūras iezīmes nosaka tā primārā struktūra. Olbaltumvielai ir bioloģiska aktivitāte tikai terciārās struktūras veidā. Tāpēc pat vienas aminoskābes aizvietošana polipeptīda ķēdē var izraisīt proteīna konfigurācijas izmaiņas un tā bioloģiskās aktivitātes samazināšanos vai zudumu.

Dažos gadījumos olbaltumvielu molekulas apvienojas savā starpā un var pildīt savu funkciju tikai kompleksu veidā. Tādējādi hemoglobīns ir četru molekulu komplekss, un tikai šādā veidā tas spēj piesaistīt un transportēt skābekli.Līdzīgi agregāti attēlo proteīna ceturto struktūru. Pēc to sastāva olbaltumvielas ir sadalītas divās galvenajās klasēs - vienkāršās un sarežģītās. Vienkāršas olbaltumvielas sastāv tikai no aminoskābju nukleīnskābēm (nukleotīdiem), lipīdiem (lipoproteīniem), Me (metaloproteīni), P (fosfoproteīni).

Olbaltumvielu funkcijas šūnā ir ārkārtīgi dažādas. Viena no vissvarīgākajām ir celtniecības funkcija: olbaltumvielas ir iesaistītas visu šūnu membrānu un šūnu organellu, kā arī intracelulāro struktūru veidošanā. Olbaltumvielu fermentatīvā (katalītiskā) loma ir ārkārtīgi svarīga. Fermenti paātrina ķīmiskās reakcijas šūnā par 10 ki un 100 ne miljonu reižu. Motora funkciju nodrošina īpaši saraušanās proteīni. Šie proteīni ir iesaistīti visu veidu kustībās, ko spēj šūnas un organismi: mirkšķināt skropstas un pārspēt ziloni vienšūņos, muskuļu kontrakcijā dzīvniekiem, lapu kustībā augos utt. Olbaltumvielu transportēšanas funkcija ir ķīmisko elementu piestiprināšana. (piemēram, hemoglobīns piesaista O) vai bioloģiski aktīvās vielas (hormonus) un pārnes tās uz ķermeņa audiem un orgāniem. Aizsardzības funkcija izpaužas kā īpašu olbaltumvielu ražošana, ko sauc par antivielām, reaģējot uz svešu olbaltumvielu vai šūnu iekļūšanu organismā. Antivielas saista un neitralizē svešas vielas. Olbaltumvielām ir liela nozīme kā enerģijas avotiem. Ar pilnīgu šķelšanos, 1 g. olbaltumvielas izdalās 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Ogļhidrāti

Ogļhidrāti vai saharīdi - organiskas vielas ar vispārējo formulu (CH 2 O) n. Lielākajai daļai ogļhidrātu ir divreiz vairāk H atomu nekā ūdens molekulās. Tāpēc šīs vielas sauca par ogļhidrātiem. Dzīvā šūnā ogļhidrāti ir atrodami daudzumos, kas nepārsniedz 1-2, dažreiz 5% (aknās, muskuļos). Augu šūnas ir ogļhidrātiem bagātākās, kur to saturs dažos gadījumos sasniedz 90% no sausnas masas (sēklas, kartupeļu bumbuļi utt.).

Ogļhidrāti ir vienkārši un sarežģīti. Vienkāršos ogļhidrātus sauc par monosaharīdiem. Atkarībā no ogļhidrātu atomu skaita molekulā monosaharīdus sauc par triozēm, tetrozēm, pentozēm vai heksozēm. No sešiem oglekļa monosaharīdiem - heksozēm - vissvarīgākās ir glikoze, fruktoze un galaktoze. Glikoze ir atrodama asinīs (0,1-0,12%). Ribozes un dezoksiribozes pentozes ir daļa no nukleīnskābēm un ATP. Ja vienā molekulā ir apvienoti divi monosaharīdi, šādu savienojumu sauc par disaharīdu. Pārtikas cukurs, ko iegūst no cukurniedrēm vai cukurbietēm, sastāv no vienas glikozes molekulas un vienas fruktozes molekulas, piena cukuru veido glikoze un galaktoze.

Kompleksos ogļhidrātus, ko veido daudzi monosaharīdi, sauc par polisaharīdiem. Šādu polisaharīdu, piemēram, cietes, glikogēna, celulozes, monomērs ir glikoze. Ogļhidrāti veic divas galvenās funkcijas: uzbūvi un enerģiju. Celuloze veido augu šūnu sienas. Sarežģītais polisaharīda hitīns kalpo kā posmkāju ārējā skeleta galvenā strukturālā sastāvdaļa. Hitīns veic arī sēnīšu veidošanas funkciju. Ogļhidrāti spēlē galvenā enerģijas avota lomu šūnā. 1 g ogļhidrātu oksidēšanās procesā izdalās 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Ciete augos un glikogēns dzīvniekiem tiek nogulsnēta šūnās un kalpo kā enerģijas rezerve.

Nukleīnskābes

Nukleīnskābju nozīme šūnā ir ļoti augsta. To ķīmiskās struktūras īpatnības nodrošina iespēju mantojot meitas šūnām uzglabāt, nodot un pārsūtīt informāciju par olbaltumvielu molekulu struktūru, kuras tiek sintezētas katrā audā noteiktā individuālās attīstības stadijā. Tā kā lielāko daļu šūnu īpašību un īpašību nosaka olbaltumvielas, ir skaidrs, ka nukleīnskābju stabilitāte ir vissvarīgākais nosacījums šūnu un veselu organismu normālai darbībai. Jebkuras izmaiņas šūnu struktūrā vai fizioloģisko procesu aktivitāte tajās, tādējādi ietekmējot dzīvībai svarīgo darbību. Nukleīnskābju struktūras izpēte ir ārkārtīgi svarīga, lai izprastu organismu iezīmju pārmantojamību un gan atsevišķu šūnu, gan šūnu sistēmu - audu un orgānu - darbības modeļus.

Ir 2 veidu nukleīnskābes - DNS un RNS. DNS ir polimērs, kas sastāv no divām nukleotīdu spirālēm, kas ir noslēgtas tā, lai veidotos dubultā spirāle. DNS molekulu monomēri ir nukleotīdi, kas sastāv no slāpekļa bāzes (adenīns, timīns, guanīns vai citozīns), ogļhidrāta (dezoksiribozes) un fosforskābes atlikuma. Slāpekļa bāzes DNS molekulā ir savstarpēji savienotas ar nevienādu skaitu H-saišu un ir sakārtotas pa pāriem: adenīns (A) vienmēr ir pret timīnu (T), guanīns (G) pret citozīnu (C).

Nukleotīdi ir saistīti viens ar otru nevis nejauši, bet selektīvi. Spēju selektīvi mijiedarboties ar adenīnu ar timīnu un guanīnu ar citozīnu sauc par komplementaritāti. Atsevišķu nukleotīdu komplementārā mijiedarbība ir izskaidrojama ar atomu telpiskā izvietojuma īpatnībām to molekulās, kas ļauj tiem tuvoties viens otram un veidot H saites. Polinukleotīdu ķēdē blakus esošie nukleotīdi ir saistīti caur cukuru (dezoksiribozi) un fosforskābes atlikumu. RNS, tāpat kā DNS, ir polimērs, kura monomēri ir nukleotīdi. Trīs nukleotīdu slāpekļa bāzes ir tādas pašas kā tās, kas veido DNS (A, G, C); ceturtais - uracils (U) - timīna vietā atrodas RNS molekulā. RNS nukleotīdi atšķiras no DNS nukleotīdiem un to sastāvā esošā ogļhidrāta struktūrā (riboze disoksiribozes vietā).

RNS ķēdē nukleotīdi ir saistīti, veidojot kovalentas saites starp viena nukleotīda ribozi un citas fosforskābes atlikumu. Divu virkņu RNS atšķiras pēc struktūras. Divpavedienu RNS ir ģenētiskās informācijas glabātāji vairākos vīrusos, t.i. tie veic hromosomu funkcijas. Vienpavediena RNS veic informācijas pārnešanu par olbaltumvielu struktūru no hromosomas uz to sintēzes vietu un ir iesaistītas olbaltumvielu sintēzē.

Ir vairāki vienpavediena RNS veidi. Viņu nosaukumi ir saistīti ar veikto funkciju vai atrašanās vietu šūnā. Lielākā daļa citoplazmas RNS (līdz 80-90%) ir ribosomu RNS (rRNS), kas atrodas ribosomās. RRNA molekulas ir salīdzinoši mazas un sastāv vidēji no 10 nukleotīdiem. Cits RNS (mRNS) veids, kas satur informāciju par sintezējamo proteīnu aminoskābju secību ribosomās. Šo RNS lielums ir atkarīgs no DNS segmenta garuma, kurā tie tika sintezēti. Transporta RNS veic vairākas funkcijas. Viņi piegādā aminoskābes olbaltumvielu sintēzes vietai, "atpazīst" (saskaņā ar papildināmības principu) tripletu un RNS, kas atbilst nodotajai aminoskābei, un veic precīzu aminoskābes orientāciju uz ribosomas.

Tauki un lipīdi

Tauki ir augstas molekulmasas taukskābju un glicerīna trīsvērtīgā spirta savienojumi. Tauki nešķīst ūdenī - tie ir hidrofobiski. Šūna vienmēr satur citas kompleksas hidrofobas taukiem līdzīgas vielas, ko sauc par lipoīdiem. Viena no galvenajām tauku funkcijām ir enerģija. Sadaloties 1 g tauku uz CO 2 un H 2 O, izdalās liels enerģijas daudzums - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Tauku saturs šūnā svārstās no 5-15% no sausnas svara. Dzīvo audu šūnās tauku daudzums palielinās līdz 90%. Tauku galvenā funkcija dzīvnieku (un daļēji augu) pasaulē ir uzglabāšana.

Pilnībā oksidējot 1 g tauku (līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim), tiek atbrīvota aptuveni 9 kcal enerģijas. (1 kcal = 1000 cal; kalorijas (cal, cal) ir nesistēmiska darba un enerģijas vienība, kas vienāda ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 ml ūdens uz 1 ° C pie standarta atmosfēras spiediena 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ) ... Oksidācijas laikā (organismā) 1 g olbaltumvielu vai ogļhidrātu izdalās tikai aptuveni 4 kcal / g. Visdažādākajos ūdens organismos - no vienšūnu diatomām līdz milzu haizivīm - tauki peld, samazinot vidējo ķermeņa blīvumu. Dzīvnieku tauku blīvums ir aptuveni 0,91-0,95 g / cm³. Mugurkaulnieku kaulu blīvums ir tuvu 1,7-1,8 g / cm³, un vairuma citu audu vidējais blīvums ir tuvu 1 g / cm³. Ir skaidrs, ka smaga skeleta "līdzsvarošanai" ir nepieciešams daudz tauku.

Tauki un lipīdi veic arī celtniecības funkciju: tie ir daļa no šūnu membrānām. Sakarā ar slikto siltumvadītspēju tauki spēj aizsargāt. Dažiem dzīvniekiem (roņiem, vaļiem) tas tiek nogulsnēts zemādas taukaudos, veidojot līdz 1 m biezu slāni.Dažu lipoīdu veidošanās notiek pirms vairāku hormonu sintēzes. Līdz ar to šīm vielām ir arī vielmaiņas procesu regulēšanas funkcija.

Šūnas bioloģija parasti ir zināma katrai skolas programmai. Aicinām atcerēties savulaik apgūto, kā arī atklāt kaut ko jaunu par viņu. Nosaukumu "būris" jau 1665. gadā ierosināja anglis R. Huks. Tomēr sistemātiski to sāka pētīt tikai 19. gadsimtā. Zinātniekus cita starpā interesēja šūnas loma organismā. Tie var būt daudzu dažādu orgānu un organismu sastāvā (olas, baktērijas, nervi, eritrocīti) vai neatkarīgi organismi (vienšūņi). Neskatoties uz to daudzveidību, to funkcijās un struktūrā ir daudz kopīga.

Šūnu funkcijas

Viņi visi atšķiras pēc formas un bieži vien pēc funkcijas. Viena organisma audu un orgānu šūnas var diezgan stipri atšķirties. Tomēr šūnu bioloģija izšķir funkcijas, kas raksturīgas visām to šķirnēm. Šeit vienmēr notiek olbaltumvielu sintēze. Šis process tiek kontrolēts.Šūna, kas nesintē proteīnus, būtībā ir mirusi. Dzīva šūna ir tā, kuras sastāvdaļas pastāvīgi mainās. Tomēr galvenās vielu klases paliek nemainīgas.

Visi procesi šūnā tiek veikti, izmantojot enerģiju. Tie ir uzturs, elpošana, vairošanās, vielmaiņa. Tāpēc dzīvo šūnu raksturo tas, ka tajā visu laiku notiek enerģijas apmaiņa. Katram no tiem ir kopīgs vissvarīgākais īpašums - spēja uzglabāt enerģiju un tērēt to. Citas funkcijas ietver sadalīšanu un aizkaitināmību.

Visas dzīvās šūnas var reaģēt uz ķīmiskām vai fiziskām izmaiņām savā vidē. Šo īpašību sauc par uzbudināmību vai aizkaitināmību. Šūnās, kad tie ir satraukti, mainās vielu sabrukšanas ātrums un biosintēze, temperatūra un skābekļa patēriņš. Šajā stāvoklī viņi veic sev raksturīgās funkcijas.

Šūnu struktūra

Tās struktūra ir diezgan sarežģīta, lai gan tā tiek uzskatīta par vienkāršāko dzīvības formu tādā zinātnē kā bioloģija. Šūnas atrodas starpšūnu vielā. Tas nodrošina viņiem elpošanu, uzturu un mehānisko izturību. Kodols un citoplazma ir katras šūnas galvenie celtniecības bloki. Katrs no tiem ir pārklāts ar membrānu, kuras celtniecības elements ir molekula. Bioloģija ir pierādījusi, ka membrāna sastāv no daudzām molekulām. Tie ir sakārtoti vairākos slāņos. Pateicoties membrānai, vielas iekļūst selektīvi. Citoplazmā ir organoīdi - mazākās struktūras. Tie ir endoplazmatiskais tīkls, mitohondriji, ribosomas, šūnu centrs, Golgi komplekss, lizosomas. Izpētot šajā rakstā redzamos attēlus, jums būs labāka izpratne par to, kā izskatās šūnas.

Membrāna

Endoplazmatiskais tīkls

Šis organoīds tika nosaukts tāpēc, ka tas atrodas citoplazmas centrālajā daļā (no grieķu valodas vārds "endons" tiek tulkots kā "iekšpusē"). EPS ir ļoti sazarota dažādu formu un izmēru pūslīšu, kanāliņu, kanāliņu sistēma. Tie ir norobežoti no membrānām.

Ir divu veidu EPS. Pirmais ir granulēts, kas sastāv no cisternām un kanāliņiem, kuru virsma ir punktēta ar granulām (graudiem). Otrais EPS veids ir agranulārs, tas ir, gluds. Granas ir ribosomas. Interesanti, ka dzīvnieku embriju šūnās tiek novērots galvenokārt granulēts EPS, savukārt pieaugušajiem tas parasti ir agranulārs. Kā jūs zināt, ribosomas ir olbaltumvielu sintēzes vieta citoplazmā. Pamatojoties uz to, var pieņemt, ka granulēts EPS pārsvarā notiek šūnās, kurās notiek aktīva olbaltumvielu sintēze. Tiek uzskatīts, ka agranulārais tīkls ir pārstāvēts galvenokārt tajās šūnās, kurās notiek aktīva lipīdu, tas ir, tauku un dažādu taukiem līdzīgu vielu sintēze.

Abi EPS veidi piedalās ne tikai organisko vielu sintēzē. Šeit šīs vielas tiek uzkrātas un arī transportētas uz nepieciešamajām vietām. EPS arī regulē vielmaiņu, kas notiek starp vidi un šūnu.

Ribosomas

Mitohondriji

Enerģijas organellās ietilpst mitohondriji (attēlā iepriekš) un hloroplasti. Mitohondriji ir sava veida enerģijas stacijas katrā šūnā. Tieši tajos enerģija tiek iegūta no barības vielām. Mitohondriji ir mainīgas formas, bet visbiežāk tie ir granulas vai pavedieni. To skaits un lielums nav nemainīgs. Tas ir atkarīgs no tā, kāda ir konkrētās šūnas funkcionālā aktivitāte.

Aplūkojot elektronu mikrogrāfu, var redzēt, ka mitohondrijiem ir divas membrānas: iekšējā un ārējā. Iekšējais veido izaugumus (cristae), kas pārklāti ar fermentiem. Kraukšķu klātbūtnes dēļ palielinās kopējā mitohondriju virsma. Tas ir svarīgi, lai fermentu aktivitāte noritētu aktīvi.

Mitohondrijās zinātnieki ir atraduši specifiskas ribosomas un DNS. Tas ļauj šiem organoīdiem patstāvīgi vairoties šūnu dalīšanās laikā.

Hloroplasti

Kas attiecas uz hloroplastiem, pēc formas tas ir disks vai sfēra ar dubultu apvalku (iekšējo un ārējo). Šīs organelles iekšpusē ir arī ribosomas, DNS un graudi - īpaši membrānas veidojumi, kas saistīti gan ar iekšējo membrānu, gan savā starpā. Hlorofils ir precīzi atrodams granu membrānās. Pateicoties tam, saules gaismas enerģija tiek pārveidota par ķīmisko enerģiju - adenozīna trifosfātu (ATP). Hloroplastos to izmanto ogļhidrātu (veidojas no ūdens un oglekļa dioksīda) sintēzei.

Piekrītu, iepriekš sniegtā informācija jums jāzina ne tikai, lai nokārtotu pārbaudi bioloģijā. Šūna ir celtniecības materiāls, no kura izgatavots mūsu ķermenis. Un visa dzīvā daba ir sarežģīta šūnu kolekcija. Kā redzat, tajos ir daudz komponentu. No pirmā acu uzmetiena var šķist, ka šūnas struktūras izpēte nav viegls uzdevums. Tomēr, ja paskatās, šī tēma nav tik grūta. Jums tas jāzina, lai labi pārzinātu tādu zinātni kā bioloģija. Šūnas sastāvs ir viena no tās pamattēmām.

Tāpat kā visas dzīvās būtnes, arī cilvēka ķermenis sastāv no šūnām. Sakarā ar ķermeņa šūnu struktūru ir iespējama tā augšana, vairošanās, bojāto orgānu un audu atjaunošana un citi darbības veidi. Šūnu forma un izmērs ir atšķirīgi un atkarīgi no to funkcijas.

Katrā šūnā izšķir divas galvenās daļas - citoplazmu un kodolu, citoplazmā savukārt ir organoīdi - mazākās šūnu struktūras, kas nodrošina tās dzīvībai svarīgo darbību (mitohondriji, ribosomas, šūnu centrs u.c.). Kodolā pirms šūnu dalīšanās veidojas īpaši pavedieniem līdzīgi ķermeņi - hromosomas. Šūnas ārpuse ir pārklāta ar membrānu, kas atdala vienu šūnu no citas. Telpa starp šūnām ir piepildīta ar šķidru starpšūnu vielu. Membrānas galvenā funkcija ir tā, ka tā nodrošina dažādu vielu selektīvu iekļūšanu šūnā un vielmaiņas produktu izvadīšanu no tās.

Cilvēka ķermeņa šūnas sastāv no dažādām neorganiskām (ūdens, minerālsāļi) un organiskām vielām (ogļhidrātiem, taukiem, olbaltumvielām un nukleīnskābēm).

Ogļhidrāti sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa; daudzi no tiem viegli šķīst ūdenī un ir galvenie enerģijas avoti dzīvībai svarīgu procesu īstenošanai.

Taukus veido tie paši ķīmiskie elementi kā ogļhidrātus; tie nešķīst ūdenī. Tauki ir daļa no šūnu membrānām un kalpo arī kā būtisks enerģijas avots organismā.

Olbaltumvielas ir galvenie šūnu celtniecības bloki. Olbaltumvielu struktūra ir sarežģīta: olbaltumvielu molekula ir liela un ir ķēde, kas sastāv no desmitiem un simtiem vienkāršāku savienojumu - aminoskābju. Daudzi proteīni kalpo kā fermenti, kas paātrina bioķīmisko procesu norisi šūnā.

Šūnu kodolā ražotās nukleīnskābes sastāv no oglekļa, skābekļa, ūdeņraža un fosfora. Ir divu veidu nukleīnskābes:

1) dezoksiribonukleīnās (DNS) atrodas hromosomās un nosaka šūnu olbaltumvielu sastāvu un iedzimto pazīmju un īpašību pārnešanu no vecākiem uz pēcnācējiem;

2) ribonukleīnskābe (RNS) - saistīta ar šai šūnai raksturīgo proteīnu veidošanos.

ŠŪNAS Fizioloģija

Dzīvai šūnai ir vairākas īpašības: spēja metabolizēties un vairoties, aizkaitināmība, augšana un kustīgums, uz kuru pamata tiek veiktas visa organisma funkcijas.

Citoplazma un šūnu kodols sastāv no vielām, kas nonāk organismā caur gremošanas sistēmu. Gremošanas procesā notiek sarežģītu organisko vielu ķīmiska sadalīšanās, veidojoties vienkāršākiem savienojumiem, kas kopā ar asinīm tiek nogādāti šūnā. Ķīmiskās sadalīšanās laikā izdalītā enerģija tiek izmantota, lai uzturētu šūnu dzīvībai svarīgo darbību. Biosintēzes procesā vienkāršas vielas, kas nonāk šūnā, tiek apstrādātas sarežģītos organiskos savienojumos. Atkritumi - oglekļa dioksīds, ūdens un citi savienojumi - asinis no šūnas izplūst nierēs, plaušās un ādā, kas tās izdala ārējā vidē. Šī metabolisma rezultātā šūnu sastāvs tiek pastāvīgi atjaunots: dažas vielas tajās veidojas, citas tiek iznīcinātas.

Šūnai kā dzīvās sistēmas elementārai vienībai piemīt aizkaitināmība, tas ir, spēja reaģēt uz ārējām un iekšējām ietekmēm.

Lielākā daļa cilvēka ķermeņa šūnu vairojas ar netiešu sadalījumu. Pirms sadalīšanas katra hromosoma tiek papildināta ar kodolā esošajām vielām un kļūst divkārša.

Netiešās skaldīšanas process sastāv no vairākiem posmiem.

1. kodola tilpuma palielināšana; katra pāra hromosomu atdalīšana viena no otras un to izkliedēšana visā šūnā; veidošanās no dalīšanas vārpstas šūnu centra.

2. Hromosomu izlīdzināšana viena pret otru šūnu ekvatora plaknē un vārpstas vītņu piestiprināšana pie tām.

3. Pāru hromosomu atšķirības no centra uz šūnas pretējiem poliem.

4. Divu kodolu veidošanās no atdalītajām hromosomām, sašaurināšanās rašanās un pēc tam starpsiena uz šūnu ķermeņa.

Šī sadalījuma rezultātā starp abām meitas šūnām tiek nodrošināts precīzs hromosomu - iedzimto pazīmju un organisma īpašību nesēju - sadalījums.

Šūnas var augt, palielinoties apjomam, un dažām ir iespēja pārvietoties.